EP3981068A1

EP3981068A1 - Method for estimating the electomagnetic torque of a synchronous electric machine

Info

Publication number: EP3981068A1
Application number: EP20726497.9A
Authority: EP
Inventors: Malek Ghanes; Mohamed HAMIDA; Mohamad KOTEICH; Mehdi TAHERZADEH
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Ampere SAS
Priority date: 2019-06-04
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2022-04-13
Also published as: KR20220016094A; WO2020244954A1; FR3097090B1; FR3097090A1

Abstract

The invention concerns a method for estimating the electromagnetic torque of a three-phase synchronous machine with permanent magnets, which involves: measuring the stator phase currents and voltages in a fixed three-phase reference frame linked to the stator, determining these currents and voltages in a rotating two-phase reference frame linked to the rotor as a function of said measurements, determining a stator flux-current model, taking into account saturation functions of the machine in order to consider, within the model, variations of magnetic parameters of the machine caused by the magnetic saturation of the machine, introducing, into the model, state variables describing the parametric uncertainties inherent in the variations in the magnetic parameters of the machine, estimating the state variables by means of an observer based on the stator currents and voltages expressed in the two-phase reference frame, calculating the electromagnetic torque from the stator flux calculated from the estimation of the state variables.

Description

Description Description

Titre de l'invention : Procédé d’estimation du couple électromagnétique d’une machine électrique synchrone Title of the invention: Method for estimating the electromagnetic torque of a synchronous electric machine

[0001 ] L’invention concerne un procédé d’estimation du couple électromagnétique d’une machine électrique synchrone triphasée et, en particulier, d’une machine électrique synchrone triphasée à aimants permanents (MSAP). L’invention trouve une application avantageuse dans le domaine des véhicules automobiles électriques hybrides et électriques, dans lesquels ce type de machine est largement utilisé comme moteur de traction, en mode de traction électrique du véhicule, notamment en raison de sa robustesse, de sa simplicité et de son faible coût de maintenance. The invention relates to a method for estimating the electromagnetic torque of a three-phase synchronous electric machine and, in particular, of a three-phase synchronous electric machine with permanent magnets (MSAP). The invention finds an advantageous application in the field of hybrid electric and electric motor vehicles, in which this type of machine is widely used as a traction motor, in the electric traction mode of the vehicle, in particular because of its robustness and its simplicity. and its low maintenance cost.

[0002] Dans un véhicule automobile à traction électrique, la connaissance de la [0002] In an electric traction motor vehicle, knowledge of the

valeur réelle du couple fourni par la machine électrique est nécessaire, en particulier pour des raisons de sécurité et/ou de contrôle. En général, la puissance mécanique d’entraînement de la machine est obtenue à partir d’un couplemètre, qui mesure le couple sur l’arbre. Pour plusieurs raisons telles que le coût, la fiabilité et l’encombrement, il est toutefois préférable d’éliminer le couplemètre du système d’entraînement et de le remplacer par un estimateur de couple. Un estimateur de couple est conçu pour estimer la valeur réelle du couple fourni par la machine électrique en utilisant certaines variables real value of the torque supplied by the electric machine is necessary, in particular for reasons of safety and / or control. In general, the mechanical driving power of the machine is obtained from a torque meter, which measures the torque on the shaft. For several reasons such as cost, reliability and size, however, it is preferable to eliminate the torque meter from the drive system and replace it with a torque estimator. A torque estimator is designed to estimate the actual value of the torque supplied by the electrical machine using certain variables

disponibles telles que les tensions, les courants et la position du rotor. available such as voltages, currents and rotor position.

[0003] Classiquement, les tensions et les courants triphasés de la machine [0003] Conventionally, the three-phase voltages and currents of the machine

électrique peuvent être modélisés grâce à deux modèles diphasés, electric can be modeled using two two-phase models,

respectivement en utilisant la transformée de Clarke, qui s’appui sur un repère diphasé fixe lié au stator, et la transformée de Park, qui s’appui sur un repère diphasé tournant lié au rotor. Les grandeurs ainsi transformés dans les repères liés au stator et au rotor s’expriment en utilisant les indices a, b d’une part, et d, q, d’autre part, correspondant respectivement aux deux axes dans le repère diphasé fixe et aux deux axes dans le repère diphasé tournant. respectively using the Clarke transform, which relies on a fixed two-phase frame linked to the stator, and the Park transform, which relies on a rotating two-phase frame linked to the rotor. The quantities thus transformed in the frames linked to the stator and to the rotor are expressed by using the indices a, b on the one hand, and d, q, on the other hand, corresponding respectively to the two axes in the fixed two-phase frame and to the two axes in the rotating two-phase frame.

[0004] On connaît à l’heure actuelle plusieurs techniques d’estimation du flux [0004] Several techniques for estimating the flow are currently known

statorique d’une machine électrique synchrone triphasée à aimants permanents à partir des tensions et des courants diphasés. Ces techniques sont classées en stator of a three-phase synchronous electric machine with permanent magnets from two-phase voltages and currents. These techniques are classified into

FEUILLE DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26) deux catégories, respectivement basées sur un modèle de tension et sur un modèle de courant. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) two categories, respectively based on a voltage model and on a current model.

[0005] Concernant les techniques d’estimation du flux basées sur le modèle de [0005] Regarding flow estimation techniques based on the

tension, la force électromotrice est calculée en utilisant les tensions et les courants mesurés dans le repère lié au stator. Ensuite, le flux du stator est obtenu en calculant l’intégrale de la force électromotrice. Cette estimation basée sur le modèle de tension nécessite néanmoins de résoudre plusieurs problèmes. En particulier, un problème à résoudre est de considérer les fonctions de saturation dans le modèle de machine utilisé, ainsi que les conditions voltage, the electromotive force is calculated using the voltages and currents measured in the frame linked to the stator. Then, the stator flux is obtained by calculating the integral of the electromotive force. However, this estimate based on the voltage model requires solving several problems. In particular, a problem to be solved is to consider the saturation functions in the machine model used, as well as the conditions

magnétiques initiales inconnues de la machine dans le modèle, se rapportant aux inductances linéaires et au flux d’aimant permanent. initial magnetic unknown to the machine in the model, relating to linear inductances and permanent magnet flux.

[0006] Un autre problème à résoudre est de maintenir une observabilité à basse [0006] Another problem to be solved is to maintain low observability.

vitesse ou à vitesse nulle. speed or at zero speed.

[0007] Ces problèmes sont principalement dus à l’utilisation d’un intégrateur en [0007] These problems are mainly due to the use of an integrator in

boucle ouverte de la force électromotrice pour estimer le flux statorique. open loop of the electromotive force to estimate the stator flux.

[0008] Dans l’état de la technique, on connaît les documents suivants qui concernent l’estimation du flux basée sur le modèle de tension. [0008] In the prior art, the following documents are known which relate to the estimation of the flux based on the voltage model.

[0009] Le document US9985564 décrit un procédé pour estimer le flux statorique d’une machine électrique synchrone triphasée à aimants permanents, basé sur le modèle de tension dans le repère diphasé a,b. Au lieu d’utiliser un intégrateur pur pour intégrer la force électromotrice, il propose d’utiliser un filtre passe-bas pour force électromotrice, puis d’ajouter un compensateur pour corriger les [0009] Document US9985564 describes a method for estimating the stator flux of a three-phase synchronous electric machine with permanent magnets, based on the voltage model in the two-phase reference a, b. Instead of using a pure integrator to integrate the electromotive force, he suggests using a low-pass filter for electromotive force, then adding a compensator to correct the

changements de gain et de phase crées par le filtre. gain and phase changes created by the filter.

[0010] Le document CN 103346726 propose également d’estimer le flux d’une [0010] Document CN 103346726 also proposes to estimate the flow of a

machine électrique synchrone triphasée à aimants permanents, à partir de la force électromotrice. Il propose d’utiliser un filtre de second ordre au lieu d'un intégrateur pur. Il propose également d’estimer l’inductance de l’axe q dans le repère diphasé pour améliorer l’estimation avec le modèle de tension. three-phase synchronous electric machine with permanent magnets, from electromotive force. He suggests using a second-order filter instead of a pure integrator. He also proposes to estimate the inductance of the q axis in the two-phase frame to improve the estimation with the voltage model.

[0011 ] Le document US7098623 décrit une méthode pour estimer la position du rotor en estimant les flux statoriques avec le modèle de tension dans le repère diphasé d,q. Il propose une observation adaptative du flux basée sur l’injection de signaux haute fréquence à basse vitesse. [0011] Document US7098623 describes a method for estimating the position of the rotor by estimating the stator fluxes with the voltage model in the two-phase reference d, q. It offers adaptive flow observation based on the injection of high frequency signals at low speed.

FEUILLE DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26) [0012] Le document EP1513250 décrit une méthode de combinaison des méthodes d’estimation du flux par modèle de tension et l’injection de signaux haute fréquence pour estimer la position. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) [0012] Document EP1513250 describes a method of combining the methods for estimating the flux by voltage model and the injection of high frequency signals to estimate the position.

[0013] Concernant les méthodes basées sur le modèle de courant, le flux est estimé en utilisant les courants, de préférence dans le repère lié au rotor. Ces méthodes basées sur le modèle de courant permettent de pallier les limitations évoquées ci-dessus liées aux méthodes basées sur le modèle de tension, car elles n’impliquent pas d’utiliser d’intégrateurs en boucle ouverte. Cependant, les problèmes à résoudre à l’égard de ces méthodes concernent les variations des inductances à cause de la saturation magnétique, les incertitudes du flux d’aimant permanent et la nécessité d’un capteur de position. Regarding the methods based on the current model, the flux is estimated using the currents, preferably in the frame linked to the rotor. These methods based on the current model make it possible to overcome the limitations mentioned above related to the methods based on the voltage model, because they do not involve the use of open-loop integrators. However, the problems to be solved with regard to these methods relate to variations in inductances due to magnetic saturation, uncertainties in permanent magnet flux, and the need for a position sensor.

[0014] Dans l’état de la technique, on connaît les documents suivants se rapportant à l’estimation du flux basée sur le modèle de courant. [0014] In the prior art, the following documents are known relating to the estimation of the flux based on the current model.

[0015] Le document US7774148 décrit une méthode d’estimation du couple d’une machine électrique synchrone triphasée à aimants permanents, basée sur une estimation de flux statorique en utilisant le modèle de courant. Les flux des axes d et q sont représentés par deux fonctions des courants non linéaires. [0015] Document US7774148 describes a method for estimating the torque of a three-phase synchronous electric machine with permanent magnets, based on an estimation of stator flux using the current model. The flows of the d and q axes are represented by two functions of the nonlinear currents.

[0016] Le document CN103872951 décrit un estimateur de couple d’une machine électrique synchrone triphasée à aimants permanents, basé sur une estimation de flux statorique avec un observateur par mode glissant appliqué sur un modèle de tension combiné avec un modèle de courant. [0016] Document CN103872951 describes a torque estimator of a three-phase synchronous electric machine with permanent magnets, based on an estimation of stator flux with an observer by sliding mode applied to a voltage model combined with a current model.

[0017] Le document JP2004166408 décrit un estimateur adaptatif de flux statorique pour une machine électrique synchrone triphasée à aimants permanents, basé sur le modèle de tension avec un terme de correction basé sur le modèle de courant. [0017] The document JP2004166408 describes an adaptive stator flux estimator for a three-phase synchronous electric machine with permanent magnets, based on the voltage model with a correction term based on the current model.

[0018] Un objet de l’invention est un procédé d’estimation du couple [0018] An object of the invention is a method of estimating the torque

électromagnétique d’une machine électrique synchrone triphasée à aimants permanents pour véhicule automobile électrique ou hybride. Le procédé comprend des étapes au cours desquelles : electromagnetic of a three-phase synchronous electric machine with permanent magnets for an electric or hybrid motor vehicle. The process comprises steps during which:

on mesure les courants et tensions au niveau des phases du stator de la machine dans un repère triphasé fixe lié au stator, the currents and voltages are measured at the level of the phases of the stator of the machine in a fixed three-phase reference linked to the stator,

FEUILLE DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26) on détermine les courants et tensions au niveau des phases du stator dans un repère diphasé tournant lié au rotor en fonction des mesures de courant et de tension dans le repère triphasé, on détermine un modèle flux-courant statorique de la machine, prenant en compte des fonctions de saturation de la machine, de façon à considérer dans le modèle des variations de paramètres magnétiques de la machine causées par la saturation magnétique de la machine, on introduit dans le modèle des variables d’état décrivant les incertitudes paramétriques inhérentes aux variations des paramètres magnétiques de la machine, on estime lesdites variables d’état dans le modèle par un observateur fonction des courants et des tensions statoriques exprimés dans le repère diphasé tournant lié au rotor, on calcule le flux statorique à partir des variables d’état estimées, et on calcule le couple électromagnétique à partir du flux statorique calculé. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the currents and voltages at the level of the phases of the stator are determined in a rotating two-phase frame linked to the rotor as a function of the current and voltage measurements in the three-phase frame, a stator flux-current model of the machine is determined, taking into account the saturation functions of the machine, in order to consider in the model variations in magnetic parameters of the machine caused by the magnetic saturation of the machine, state variables are introduced into the model describing the parametric uncertainties inherent in the variations of the parameters magnetic values of the machine, we estimate said state variables in the model by an observer as a function of the stator currents and voltages expressed in the rotating two-phase frame of reference linked to the rotor, the stator flux is calculated from the estimated state variables, and the electromagnetic torque is calculated from the calculated stator flux.

[0019] De préférence, on règle l’observateur par un algorithme de type Kalman. Preferably, the observer is adjusted by a Kalman-type algorithm.

[0020] Avantageusement, le réglage de l’observateur comprend la réception de la vitesse angulaire du rotor comme entrée du système. [0020] Advantageously, the setting of the observer comprises receiving the angular speed of the rotor as input to the system.

[0021 ] Avantageusement, le gain de l’observateur est variable dans le temps. [0021] Advantageously, the gain of the observer is variable over time.

[0022] Avantageusement, les paramètres magnétiques considérés sont les [0022] Advantageously, the magnetic parameters considered are the

inductances linéaires du stator sur chaque axe respectivement du repère diphasé et le flux magnétique généré par les aimants permanents du rotor de la machine. Linear stator inductances on each axis respectively of the two-phase mark and the magnetic flux generated by the permanent magnets of the machine rotor.

[0023] De préférence, les fonctions de saturation représentent la saturation [0023] Preferably, the saturation functions represent the saturation

magnétique et la saturation croisée dans la machine. magnetic and cross saturation in the machine.

[0024] D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif et faite en référence à la figure unique suivante : Other characteristics and advantages of the present invention will emerge more clearly on reading the following description given by way of illustrative and non-limiting example and made with reference to the following single figure:

[0025] [Fig. 1 ] est une carte de courant-flux pour une machine électrique synchrone à aimants permanents très saturée et testée en simulation, [0025] [Fig. 1] is a current-flux card for a synchronous electric machine with permanent magnets very saturated and tested in simulation,

FEUILLE DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26) [0026] [Fig. 2] est une représentation graphique de la variation du couple, réel et estimé, généré par la machine simulée à la figure 1 , illustrant les effets sur l’estimation de couple obtenue des incertitudes paramétriques et des fonctions de saturations considérées dans le modèle de la machine, sans l’observation des variables d’état introduites dans le modèle, décrivant ces incertitudes SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) [0026] [Fig. 2] is a graphical representation of the variation of the torque, real and estimated, generated by the machine simulated in Figure 1, illustrating the effects on the torque estimate obtained from the parametric uncertainties and the saturation functions considered in the model of the machine, without the observation of the state variables introduced into the model, describing these uncertainties

paramétriques, parametric,

[0027] [Fig. 3] est une représentation graphique de la variation du couple, réel et estimé, généré par la machine simulée à la figure 1 , illustrant les effets sur l’estimation de couple obtenue des incertitudes paramétriques et des fonctions de saturations considérées dans le modèle de la machine, avec mise en oeuvre, selon les principes de l’invention, de l’observation des variables d’état introduites dans le modèle, décrivant ces incertitudes paramétriques. [0027] [Fig. 3] is a graphical representation of the variation of the torque, real and estimated, generated by the machine simulated in Figure 1, illustrating the effects on the torque estimate obtained from the parametric uncertainties and the saturation functions considered in the model of the machine, with implementation, according to the principles of the invention, of the observation of the state variables introduced into the model, describing these parametric uncertainties.

[0028] Dans le cadre de la présente description, on s’intéresse donc plus In the context of the present description, we are therefore more interested

particulièrement au cas des machines électriques synchrones triphasées à aimants permanents et, encore plus particulièrement, au cas de ces machines très saturées, utilisées dans les applications de véhicules hybrides et électriques. particularly in the case of three-phase synchronous electric machines with permanent magnets and, even more particularly, in the case of these highly saturated machines, used in hybrid and electric vehicle applications.

[0029] Dans une première étape, on mesure les courants et les tensions pour In a first step, we measure the currents and voltages for

chacune des trois phases du stator de la machine synchrone triphasée à aimants permanents. each of the three phases of the stator of the three-phase synchronous machine with permanent magnets.

[0030] Puis, on applique la transformée de Park aux trois courants et aux trois Then, we apply the Park transform to the three currents and to the three

tensions mesurées de manière à obtenir une composante directe i_d et une composante quadratique i_q de courant, ainsi qu’une composante directe V_d et une composante quadratique v_q de tension. voltages measured so as to obtain a direct component i _d and a quadratic component i _q of current, as well as a direct component V _d and a quadratic component v _q of voltage.

[0031 ] Il est ainsi possible de transposer les trois courants et les trois tensions [0031] It is thus possible to transpose the three currents and the three voltages

sinusoïdaux du stator relatives aux trois phases du système triphasé dans un espace où les trois signaux sinusoïdaux de courant et de tension s’expriment sous la forme de deux signaux constants de courant et de tension, sinusoidal stator relative to the three phases of the three-phase system in a space where the three sinusoidal current and voltage signals are expressed as two constant current and voltage signals,

respectivement une composante sur l’axe direct et une composante sur l’axe en quadrature q. Pour cela, le repère de Park s’appui sur un repère lié au rotor. a component on the direct axis and a component on the quadrature q axis respectively. For this, Park's cue is based on a cue linked to the rotor.

[0032] L’estimateur de couple qui va maintenant être décrit est basé sur une [0032] The torque estimator which will now be described is based on a

estimation de flux statorique de la machine en utilisant le modèle de courant. estimation of the stator flux of the machine using the current model.

FEUILLE DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26) [0033] Par principe, la saturation magnétique de la machine, ainsi que l’effet de saturation croisée de la machine sont souvent négligés. Dans la réalité, la relation entre flux et courant de phase statorique est linéaire pour des faibles niveaux de flux. Toutefois, à partir d’un seuil donné, cette linéarité n’est plus maintenue ; ce qui induit généralement un fonctionnement saturé. Ainsi, les inductances et le flux magnétique des aimants permanents de la machine varient fortement d’une manière prédictible à cause de la saturation magnétique de la machine. Aussi, on propose ici un nouveau modèle flux-courant qui prend en compte ces variations. En effet, la prise en compte du phénomène de saturation est nécessaire pour améliorer le comportement du modèle. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) In principle, the magnetic saturation of the machine, as well as the effect of cross saturation of the machine are often neglected. In reality, the relationship between flux and stator phase current is linear for low flux levels. However, from a given threshold, this linearity is no longer maintained; which generally induces saturated operation. Thus, the inductances and the magnetic flux of the permanent magnets of the machine vary greatly in a predictable way due to the magnetic saturation of the machine. Also, we propose here a new flow-current model which takes into account these variations. Indeed, the taking into account of the phenomenon of saturation is necessary to improve the behavior of the model.

[0034] Pour ce faire, nous allons considérer des conditions magnétiques inconnues de la machine dans ce modèle. Les conditions magnétiques inconnues que l’on considère sont les inductances linéaires du stator, le flux magnétique des aimants permanents et les fonctions de saturation de la machine, qui To do this, we will consider magnetic conditions unknown to the machine in this model. The unknown magnetic conditions that are considered are the linear inductances of the stator, the magnetic flux of the permanent magnets and the saturation functions of the machine, which

représentent la saturation magnétique et la saturation croisée de la machine. represent the magnetic saturation and the cross saturation of the machine.

[0035] La prise en considération dans le modèle de ces conditions magnétiques inconnues de la machine se traduit, dans l’espace de Park, par le système d’équations suivant : [0035] The taking into account in the model of these magnetic conditions unknown to the machine results, in Park space, by the following system of equations:

[0038] Avec fa et cp_q les composantes du flux statorique généré sur les axes [0038] With fa and cp _q the components of the stator flux generated on the axes

respectivement direct d et en quadrature q du plan de Park de la machine, V_d et v_q les tensions appliquées sur les deux axes respectivement direct d et en quadrature q du plan de Park de la machine, i_d et i_q les courants circulant dans la respectively direct d and in quadrature q of the Park plane of the machine, V _d and v _q the voltages applied on the two axes respectively direct d and in quadrature q of the Park plane of the machine, i _d and i _q the circulating currents in the

FEUILLE DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26) machine sur les deux axes respectivement direct d et en quadrature q du plan de Park de la machine, Rs la résistance équivalente du stator de la machine, Ldo et Lqo les inductances linéaires du stator sur chaque axe respectivement direct d et en quadrature q du plan de Park de la machine, He flux magnétique généré par les aimants permanents du rotor et w_b la vitesse angulaire du rotor. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) machine on the two axes respectively direct d and in quadrature q of the Park plane of the machine, Rs the equivalent resistance of the stator of the machine, Ldo and Lqo the linear inductances of the stator on each axis respectively direct d and in quadrature q of the plane of the machine's Park, he magnetic flux generated by the permanent magnets of the rotor and w _b the angular speed of the rotor.

[0039] fsat(i,2) sont des fonctions qui représentent la saturation magnétique et la [0039] fsat (i, 2) are functions which represent the magnetic saturation and the

saturation croisée dans la machine. cross saturation in the machine.

[0040] Et : [0040] And:

[0041 ] [0041]

[0042] Avec L_do_m et L_qom les valeurs exactes des coefficients linéaires entre flux et courants statoriques sur chaque axe respectivement direct d et en quadrature q du plan de Park de la machine, <)>fm la valeur réelle du flux magnétique généré par les aimants permanents du rotor, et f_sat(i_,2)m les fonctions respectives de saturation réelle de la machine. Ainsi, les paramètres <p_f e t Af_sat (i_,2) représentent les écarts entre les valeurs réelles et les valeurs de référence de ces paramètres dans le modèle proposé par les équations (1 ) et (2). With L _d o _m and L _q om the exact values of the linear coefficients between flux and stator currents on each axis respectively direct d and in quadrature q of the Park plane of the machine, <)> fm the real value of the flux magnetic generated by the permanent magnets of the rotor, and f _sa t (i _, 2) m the respective functions of real saturation of the machine. Thus, the parameters <p _f and Af _sa t (i _, 2) represent the differences between the real values and the reference values of these parameters in the model proposed by equations (1) and (2).

[0043] Puis on va introduire un ensemble de nouvelles variables gi et g2 dans le modèle qui correspondent aux conditions magnétiques inconnues mentionnées. Pour ce faire, en considérant d’abord les courants de stator i_d et i_q comme variables d’état, on remplace l’équation (1 ) dans l’équation (2) et on obtient : Then we will introduce a set of new variables gi and g2 in the model which correspond to the unknown magnetic conditions mentioned. To do this, by first considering the stator currents i _d and i _q as state variables, we replace equation (1) in equation (2) and we obtain:

FEUILLE DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26) [0044] SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) [0044]

[0045] Avec : [0045] With:

[0046] [0046]

[0047] Ainsi, les variables gi et g2 regroupent toutes incertitudes magnétiques de la machine, telles qu’elles résultent des variations des inductances à cause de la saturation magnétique et des incertitudes du flux d’aimant permanent. Autrement dit, les variables gi et g2, que nous allons observer, permettent de représenter le comportement magnétique de la machine, qui varie à cause de la saturation magnétique. L’introduction dans le modèle des incertitudes paramétriques, décrites par les variables gi et g2, permet de traduire le fait que la valeur des paramètres magnétiques du système (inductance et flux d’aimant permanent) peut différer de la modélisation à cause de la saturation de la machine. [0047] Thus, the variables gi and g2 group together all the magnetic uncertainties of the machine, such as they result from the variations of the inductances due to the magnetic saturation and the uncertainties of the permanent magnet flux. In other words, the variables gi and g2, which we are going to observe, make it possible to represent the magnetic behavior of the machine, which varies because of the magnetic saturation. The introduction into the model of the parametric uncertainties, described by the variables gi and g2, makes it possible to translate the fact that the value of the magnetic parameters of the system (inductance and permanent magnet flux) can differ from the modeling because of the saturation of the machine.

L’observation de ces variables, comme il va être décrit ci-après, va permettre de corriger ces incertitudes. Observing these variables, as will be described below, will make it possible to correct these uncertainties.

[0048] On va ainsi estimer ces variables présentées dans le modèle en utilisant un observateur approprié. On se base donc sur le modèle flux-courant de la machine décrit ci-dessus, qui prend en compte les variations, causées par la saturation magnétique de la machine, des paramètres magnétiques de la machine que sont les inductances et le flux d’aimant permanent, et sur la théorie d’observateur, qui comprend les notions d’observabilité et d’observateur d’état. Ainsi, lorsque l’état d’un système n’est pas mesurable, on conçoit un observateur qui permet de reconstruire cet état à partir d’un modèle du système et de mesures d’autres états. On entend par état un ensemble de valeurs physiques définissant le système observé. On utilisera ici un observateur de type Kalman These variables presented in the model will thus be estimated using an appropriate observer. We are therefore based on the flux-current model of the machine described above, which takes into account the variations, caused by the magnetic saturation of the machine, of the magnetic parameters of the machine, which are the inductors and the magnet flux. permanent, and on the observer theory, which includes the notions of observability and state observer. Thus, when the state of a system is not measurable, we design an observer who can reconstruct this state from a model of the system and measurements of other states. By state is meant a set of physical values defining the observed system. We will use here a Kalman type observer

FEUILLE DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26) pour observer les incertitudes magnétiques de la machine telles que caractérisées par les variables gi et Q2. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) to observe the magnetic uncertainties of the machine as characterized by the variables gi and Q2.

[0049] Aussi, on considère les variables gi et Q2 comme deux nouvelles variables d’état. Dans ce modèle, gi et Q2 sont supposées être des fonctions constantes par morceaux, c’est-à-dire des fonctions dont les valeurs sont constantes sur des intervalles. Dans le modèle de l'Eq.4, les dérivées de chaque terme de g1 et g2 (Eq.5) sont supposées être des fonctions constantes par morceaux. Le système d’équations modélisant la machine électrique peut être reformulé sous la forme générale des systèmes non linéaires : [0049] Also, we consider the variables gi and Q2 as two new state variables. In this model, gi and Q2 are assumed to be piecewise constant functions, that is, functions whose values are constant over intervals. In the model of Eq.4, the derivatives of each term of g1 and g2 (Eq.5) are assumed to be piecewise constant functions. The system of equations modeling the electric machine can be reformulated in the general form of nonlinear systems:

[0050 ] ^ = /(x, u) [0050] ^ = / (x, u)

[0051 ] y = h(x ) [0051] y = h (x)

[0052] avec : [0052] with:

[0056] Pour le système ainsi modélisé, on peut formaliser un observateur par For the system thus modeled, we can formalize an observer by

l’équation suivante : the following equation:

(6) (6)

[0057] Avec x : le vecteur des états estimés correspondant au vecteur d’état : [0057] With x: the vector of estimated states corresponding to the state vector:

FEUILLE DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26) [0058] SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) [0058]

[0059] et K : le gain de l’observateur. [0059] and K: the gain of the observer.

[0060] Le choix du gain K, qui multiplie le terme d’erreur permet de régler [0060] The choice of the gain K, which multiplies the error term makes it possible to adjust

l’observateur. Ce gain est calculé par l’algorithme de type Kalman. the observer. This gain is calculated by the Kalman-type algorithm.

[0061 ] La vitesse angulaire électrique du rotor est considérée comme une entrée pour le système matriciel A. Cela permet l’observation de l’état. On utilise donc un gain d'observateur K variant dans le temps comme: [0061] The electrical angular speed of the rotor is taken as an input for matrix system A. This allows observation of the condition. We therefore use an observer gain K varying in time as:

K = P^~lC^TR^~l K = P ^{~ l} C ^T R ^{~ l}

[0062] (7) [0062] (7)

[0063] où la dynamique de la variable P est définie comme suit : Where the dynamics of the variable P is defined as follows:

[0065] Les matrices Q et R sont des matrices de pondération symétriques définies positives. The Q and R matrices are positive defined symmetric weighting matrices.

[0066] Il reste à calculer le flux statorique et par conséquent le couple It remains to calculate the stator flux and therefore the torque

électromagnétique de la machine, en utilisant les deux variables gi et g2 estimées par l’observateur. electromagnetic machine, using the two variables gi and g2 estimated by the observer.

[0067] Ainsi, après avoir estimé les variables gi et g2, les flux statoriques globaux peuvent être calculés sur la base des équations (2) et (5) définies ci-dessus. Thus, after having estimated the variables gi and g2, the overall stator fluxes can be calculated on the basis of equations (2) and (5) defined above.

[0069] Le couple électromagnétique généré par la machine électrique synchrone à aimants permanents peut alors se calculer de la façon suivante : The electromagnetic torque generated by the synchronous electric machine with permanent magnets can then be calculated as follows:

FEUILLE DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26) [0070] SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) [0070]

[0071 ] Avec T_e le couple électromagnétique généré par la machine, p le nombre de paire de pôles du rotor, et X_d eû_q les composantes telles que calculées selon l’équation (9) du flux statorique sur les axes respectivement direct et en quadrature de la machine. With T _e the electromagnetic torque generated by the machine, p the number of pairs of rotor poles, and X _d eû _q the components as calculated according to equation (9) of the stator flux on the axes respectively direct and quadrature of the machine.

[0072] Ainsi, les incertitudes sur les inductances linéaires, le flux magnétique des aimants permanents ou les fonctions de saturation peuvent être corrigées grâce l’estimation des deux variables gi et g2. A l’aide de l’observateur proposé, il est ainsi possible de calculer le flux et le couple électromagnétique généré par la machine même en cas d’incertitude sur les paramètres magnétiques concernant les inductances linéaires et le flux d’aimant permanent, ou de saturation de la machine. Ces incertitudes paramétriques peuvent également être corrigées lorsque les paramètres d’inductance linéaire, de flux d’aimant permanent ou de saturation changent lentement pendant le mouvement de la machine. Thus, the uncertainties on the linear inductances, the magnetic flux of the permanent magnets or the saturation functions can be corrected by estimating the two variables gi and g2. With the help of the proposed observer, it is thus possible to calculate the flux and the electromagnetic torque generated by the machine even in case of uncertainty on the magnetic parameters concerning the linear inductors and the flux of permanent magnet, or of saturation of the machine. These parametric uncertainties can also be corrected when the parameters of linear inductance, permanent magnet flux, or saturation slowly change during machine motion.

[0073] On va maintenant illustrer dans le cadre d’un exemple de machine simulée, les résultats de l’estimation du couple électromagnétique mise en œuvre grâce à l’estimateur de couple décrit ci-dessus. We will now illustrate, in the context of an example of a simulated machine, the results of the estimation of the electromagnetic torque implemented using the torque estimator described above.

[0074] On considère les fonctions de saturation f_sat(i,2 j suivantes pour la machine simulée : We consider the following saturation functions f _sa t (i, 2 j for the simulated machine:

[0075] [0075]

[0076] Les paramètres ki à ks sont des coefficients nécessaires pour évaluer les fonctions de saturation. Plus précisément, les paramètres ki à ks sont des coefficients constants obtenus préalablement de manière empirique La figure 1 illustre une carte de courant-flux pour la machine saturée testée en simulation. The parameters ki to ks are coefficients necessary to evaluate the saturation functions. More precisely, the parameters ki to ks are constant coefficients obtained empirically beforehand. FIG. 1 illustrates a current-flux map for the saturated machine tested in simulation.

[0077] La figure 2 est une représentation graphique de la variation temporelle des couples réel et estimé de la machine testée en simulation dont la carte courant- FIG. 2 is a graphic representation of the temporal variation of the real and estimated torques of the machine tested in simulation, including the current card.

FEUILLE DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26) flux est représentée à la figure 1 , avec une vitesse constante de 1000 tr/min. Les régions référencées 2 et 4, 3, et 5 sur la figure 2 montrent respectivement l’effet des incertitudes sur les inductances linéaires, l’effet des incertitudes sur le flux magnétique généré par les aimants permanents et la considération des fonctions de saturation dans le modèle de machine, sans observation des deux variables gi et Q2 introduites dans le modèle de la machine conformément à l’invention. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) flow is shown in Figure 1, with a constant speed of 1000 rpm. The regions referenced 2 and 4, 3, and 5 in figure 2 show respectively the effect of the uncertainties on the linear inductors, the effect of the uncertainties on the magnetic flux generated by the permanent magnets and the consideration of saturation functions in the machine model, without observation of the two variables gi and Q2 introduced into the model of the machine in accordance with the invention.

[0078] Les régions mêmement référencées sur la figure 3 montrent également The regions also referenced in FIG. 3 also show

respectivement l’effet des incertitudes sur les inductances linéaires, l’effet des incertitudes sur le flux d’aimant permanent et la considération des fonctions de saturation dans le modèle de machine, mais cette fois avec observation des deux variables gi et g2 introduites dans le modèle de la machine conformément à l’invention. Ainsi, sur la figure 3, on peut observer que le couple estimé suit parfaitement le couple réel, malgré les incertitudes paramétriques liées aux inductances et au flux d’aimant permanent et malgré la forte saturation de la machine. respectively the effect of the uncertainties on the linear inductances, the effect of the uncertainties on the permanent magnet flux and the consideration of the saturation functions in the machine model, but this time with observation of the two variables gi and g2 introduced in the model of the machine according to the invention. Thus, in Figure 3, we can observe that the estimated torque perfectly follows the real torque, despite the parametric uncertainties related to the inductances and the permanent magnet flux and despite the high saturation of the machine.

FEUILLE DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)

Claims

Revendications Claims

[Revendication 1 ] [Procédé d’estimation du couple électromagnétique d’une machine électrique synchrone triphasée à aimants permanents pour véhicule automobile électrique ou hybride, le procédé comprenant des étapes au cours desquelles : [Claim 1] [Method for estimating the electromagnetic torque of a three-phase synchronous electric machine with permanent magnets for an electric or hybrid motor vehicle, the method comprising steps during which:

on détermine les courants et tensions au niveau des phases du stator dans un repère diphasé tournant lié au rotor en fonction des mesures de courant et de tension dans le repère triphasé, the currents and voltages at the stator phases are determined in a rotating two-phase reference frame linked to the rotor as a function of the current and voltage measurements in the three-phase reference frame,

on détermine un modèle flux-courant statorique de la machine, prenant en compte des fonctions de saturation de la machine, de façon à considérer dans le modèle des variations de paramètres magnétiques de la machine causées par la saturation magnétique de la machine, a stator flux-current model of the machine is determined, taking into account the saturation functions of the machine, so as to consider in the model variations in the magnetic parameters of the machine caused by the magnetic saturation of the machine,

on introduit dans le modèle des variables d’état décrivant les incertitudes paramétriques inhérentes aux variations des paramètres magnétiques de la machine, state variables describing the parametric uncertainties inherent to variations in the magnetic parameters of the machine are introduced into the model,

on estime lesdites variables d’état dans le modèle par un observateur fonction des courants et des tensions statoriques exprimés dans le repère diphasé tournant lié au rotor, said state variables are estimated in the model by an observer as a function of the stator currents and voltages expressed in the rotating two-phase reference linked to the rotor,

on calcule le flux statorique à partir des variables d’état estimées, et on calcule le couple électromagnétique à partir du flux statorique calculé. we calculate the stator flux from the estimated state variables, and we calculate the electromagnetic torque from the calculated stator flux.

[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu’on règle l’observateur par un algorithme de type Kalman. [Claim 2] A method according to claim 1, characterized in that the observer is adjusted by a Kalman-type algorithm.

[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le réglage de l’observateur comprend la réception de la vitesse angulaire du rotor comme entrée du système. [Claim 3] A method according to claim 1 or 2, characterized in that the adjustment of the observer comprises receiving the angular speed of the rotor as an input to the system.

[Revendication 4] Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gain de l’observateur est variable dans le temps. [Claim 4] A method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the gain of the observer is variable over time.

[Revendication 5] Procédé selon l’une quelconque des revendications [Claim 5] A method according to any of the claims

précédentes, caractérisé en ce que les paramètres magnétiques considérés sont les inductances linéaires du stator sur chaque axe respectivement du repère diphasé et le flux magnétique généré par les aimants permanents du rotor de la machine. above, characterized in that the magnetic parameters considered are the linear inductances of the stator on each axis respectively of the two-phase mark and the magnetic flux generated by the permanent magnets of the machine rotor.

[Revendication 6] Procédé selon l’une quelconque des revendications [Claim 6] A method according to any of the claims

précédentes, caractérisé en ce que les fonctions de saturation représentent la saturation magnétique et la saturation croisée dans la machine. above, characterized in that the saturation functions represent the magnetic saturation and the cross saturation in the machine.